산소센서

산소센서(oxygen sensor, O₂센서)

산소센서(oxygen sensor, O₂센서)는 엔진에서 연료가 분사할 때 산소농도를 측정하여 분사하는 양을 제어해주는 센서이다. 자동차 엔진은 연료가 포함된 혼합가스를 연소실에서 흡입, 압축, 폭발, 배기총 4단계를 거쳐 동력을 발생시키는데, 산소센서는 연소실에서 배출되는 배기가스 중의 산소농도를 측정하여 엔진에 공급되는 연료량을 조절한다.

쉽게 말해서,배기가스 중의 산소량이 적으면 공급연료를 줄이고 너무 많다 싶으면 다시 연료를 늘려 최적의 공연비를 실현하는역할을하는 것이 바로 산소센서이다. 즉,이러한 산소센서가 고장날 경우 최적의 공연비를 실현하는데 문제가 발생할 수 밖에 없고 이로인해 연비가 나빠지는 등 여러가지 문제가 발생하게 된다.

[타고] 1개월 단위로 전기차가 필요할 때! 타고 월렌트 서비스

개요

산소센서(oxygen sensor) 또는 람다센서(lambda sensor)는 기체나 액체속의 산소(O₂)의 분압을 측정하는 전자 소자이다. 그것은 1960년대 후반 로베르트 보슈 GmbH에 의해 개발되었느데 귄터 바우만이 관리 감독하였다. 원래의 검출 요소는 백금의 박막을 지닌 기준 측과 소진 측 모두에 쇠고리(thimble) 형태의 지르코니아 세라믹이 코팅되어 만들어졌다. 그리고 가열되거나 가열되지 않은 형태이다. 평판 형태의 센서는 1998년 시장에 출시되었고 세라믹 검출 요소와 세라믹 구조내의 내장 히터의 질량을 매우 줄였다. 이것은 켠후 빠르게 작동하고 응답속도가 빠른 센서를 주었다. 가장 공통적인 응용은 자동차와 다른 운송 수단의 내부 연소 엔진의 소모 가스 농도를 측정하는 것이다. 스쿠버 다이버 역시 흡사한 소자를 사용하여 호흡용 가스의 산소 분압을 측정한다.

과학자들은 산소 센서를 사용하여 호흡작용(Respiration) 또는 산소 생산을 측정하며 다른 접근 방법을 사용한다. 산소 센서는 산소 분석기에서 사용되는데 그것은 마취 모니터, 호흡기와 산소 농축기와 같은 의학 응용에서 많이 활용된다.

산소를 측정하는 많은 방법이 있으며 지르코니아, 기전 (또는 갈바닉), 적외선, 초음파 그리고 최근에는 레이저를 사용한다.

원리

산소센서는 배기 매니폴드에 장착되어 있다. 이는 연소된 배기가스 내의 산소 농도와 대기 중 산소 농도차로부터 비교를 통해 공연비 제어를 하도록 돕는 센서인데 비교한 값을 엔진 ECU가 판단해 연료 분사시간을 제어하는 원리이다.

방식

산소센서는 크게 나누어 농담(濃淡) 전지식과 자기식이 있다.

농담 전지식은 안정화 지르코니아를 사용하는 고체 전해질 방식과 전해액(KOH 등)을 사용하는 습식(濕式) 전지 방식(갈바니 전지 방식)이 있다. 고체 전해질 방식은 수명도 길고, 사용하는 참조용 가스의 산소 농도에 따라 수 ppm∼수 10%까지의 넓은 범위의 측정을 할 수 있다. 센서 온도를 500∼800℃로 하여 사용할 필요가 있기 때문에 연도(煙道) 가스 중의 산소 농도 분석이나 자동차 엔진의 연소 제어, 그 밖의 분석 기기에 사용된다.

습식 전지 방식은 피검지 가스와 격막 내를 확산하여 셀 내에 녹아드는 산소의 환원 전류를 측정한다. 실내 온도에서 작동하며, 수 ppm∼수천 ppm의 산소를 검출할 수 있기 때문에 이동식 산소 측정기에 사용된다.

자기식은 산소가 다른 대부분의 가스와 달리 상자성(常磁性)을 갖는 것을 이용한다. 휘트스톤 브리지 속에서 두 개의 저항을 백금 온도 측정 저항체로 하고, 그중 한쪽의 온도 측정 저항체를 자기장 속에 놓으면 산소의 상자성으로 인해서 기류가 생기고, 온도 측정 저항체의 온도가 변화하는 것을 이용한다. 검출 감도는 0∼수%이지만, 반복 재현성이 풍부해서 공업 프로세스 계기에 사용된다.

종류

리니어 람다센서와 바이너리 지르코니아 센서 두가지가 있다.

지르코니아란 산소차이에 의해 기전력을 발생시키는 물질이다. 배기 매니폴드 안에는 삼원 촉매가 있는데 이 앞단과 뒷단 즉, 환원된 연소가스 내의 산소농도의 차이로 기전력을 발생시키는 원리를 이용한다. 기전력을 분석해 농후 상태인지 희박한 상태인지 인식하며 농후하다면 가솔린 분사를 줄이고, 희박하면 가솔린 분사를 늘리면서 이론 공연비에 다가가도록 돕는다.

좌(농후), 우(희박)

그림 좌를 보면 산소가 부족하고 연료가 상대적으로 더 많은 상태를 볼 수 있다. 이는 농후한 상태로 연료분사를 줄이고, 우 사진은 산소가 많으므로 연료 분사량을 늘리는 활동을 하게 된다.

지르코니아 센서의 단점은 급격하게 출력이 변화하는 특성 때문에 공연비 검출하는데 한계가 있다. 이를 보완할 수 있는 센서가 리니어 산소센서이다. 이는 전류 흐름의 반대로 산소이온이 이동하는 원리를 접목해 만든 센서이다. 차종에 따라 촉매전단에 리니어 타입이 들어가고 촉매후단에 바이너리 타입이 들어가기도 하고 촉 매전단에도 바이너리 타입을 사용, 촉매후단에도 바이너리 타입을 사용하기도 한다.

지르코니아 산소센서에서 리니어 산소센서가 개발된 계기는 쉽게 말해서 엔진의 발전 속도에 맞추어 이론공연비를 떠나 넓은 공연비 폭에서 공연비 보정과 학습을 하도록 개선한 것이다.

고장 증상

1. 연비 저하 : 연료를 필요한 양을 초과하여 과다하게 공급하기 때문에 연비가 급격히 저하된다. 2. 출력 감소 : 급가속 시 평소와는 다르게 출력이 저하되었다는 것을 느낄 수 있다. 3. 매연 증가 : 불완전연소, 이론공연비 불균형으로 인해 매연이 기준치 이상으로 발생한다. 4. 엔진 부조 및 신호 꺼짐 : 차량에 따라서 엔진이 과하게 흔들리고 시동이 아예 꺼질 수 있다.

산소센서가 고장나면 배기가스가 증가하고 불완전연소가 일어나며 차량효율과 연비가 떨어지게 되는데 이것을 엔진문제라고 판단하여 엔진경고등이 켜지는 이유가 되기도 한다. 실제로 엔진경고등에 불이 들어와 카센터에 방문하시는 분들 중 많은 분들의 차를 살펴보면 이러한 산소센서 문제인 경우가 많다. 꼭 엔진경고등에 불이 들어오지 않더라도 연비가 급격히 나빠졌다면 산소센서가 노후되었을 가능성이 있기 때문에 정비소에 방문해 점검해보는 것이 좋다.

참고자료

• 〈산소 센서〉, 《위키백과》
• 〈산소 센서〉, 《자동차용어사전》
• john3209, 〈산소센서 종류/ 원리/ 중요성〉, 《네이버 블로그》, 2016-10-30
• 〈산소센서 고장증상 교체비용 총정리〉, 《티스토리》, 2022-06-02

같이 보기

• 배기가스온도센서
• 산소
• 배기가스
• 기전력
• 센서

이 산소센서 문서는 자동차 전장에 관한 글로서 검토가 필요합니다. 위키 문서는 누구든지 자유롭게 편집할 수 있습니다. [편집]을 눌러 문서 내용을 검토·수정해 주세요.

자동차 : 자동차 분류, 자동차 회사, 한국 자동차, 독일 자동차, 유럽 자동차, 미국 자동차, 중국 자동차, 일본 자동차, 전기자동차, 자동차 제조, 자동차 부품, 자동차 색상, 자동차 외장, 자동차 내장, 자동차 전장 □■⊕, 자동차 부품 회사, 배터리, 배터리 회사, 충전, 자동차 판매, 자동차 판매 회사, 자동차 관리, 자동차 역사, 자동차 인물 자동차 전장 2채널 블랙박스 • 4채널 블랙박스 • 360도 블랙박스 • CAN • CANdb • ECU • HMI 계층 • LVDS • MCU • OBD • OTA • SOS 버튼 • UVC • V2G • V2L • VCU • 가상 엔진 사운드 시스템 • 디지털 신호처리장치(DSP) • 마이크로컨트롤러 • 무선충전기 • 미들웨어계층 • 배선 • 배선도 • 블랙박스 • 블루링크 • 어드밴스드 케어 • 와이어링 하네스 • 운영체제계층 • 응용계층 • 자동차 전장 • 전자제어장치 • 접지 • 접지선 • 제어회로 • 중앙제어장치 • 집적회로(칩, IC) • 차량용 반도체 • 첨단안전장치 • 충전기 • 컨비니언스 패키지 • 컴포트 패키지 • 텔레매틱스 • 트랙패드 • 파퓰러 패키지 • 하네스 • 하드웨어계층 • 하이테크 패키지 • 하이패스 단말기 • 회로 • 회로도 운전보조 360도 카메라 • 3D 클러스터 • ADAS • AEB • AVM • DDREM • DMP • FCA • GPS • HDA • HDA2 • HDA3 • HDP • HSAC • LDWS • LKA • NSCC • SVM • V2X • 경사로 밀림 방지 • 경사로 저속주행 • 고속도로 자율주행(HDP) • 고속도로 주행보조 • 과속단속 카메라 감지 • 광각카메라 • 나이트비전 시스템 • 내비게이션 • 내비게이션 기반 스마트 크루즈 컨트롤(NSCC) • 능동형 전복방지(ARP) • 드라이브 와이즈 • 드라이빙 어시스턴스 패키지 • 모니터 • 모니터링 • 브레이크 오버라이드 시스템(BOS) • 비상 자동제동 시스템 • 사각지대 감지 시스템 • 사각지대 경보장치 • 서라운드 뷰 모니터 • 스마트 크루즈 컨트롤(어댑티브 크루즈 컨트롤) • 스탑앤고 스마트 크루즈 컨트롤 • 스테레오 카메라 • 시티 세이프티 • 안드로이드오토 • 액티브 노이즈 컨트롤 • 액티브 디스턴스 어시스트 디스트로닉 • 어라운드 뷰 모니터링 • 어웨이 • 옴니뷰 기술 • 운전보조 • 운전자 주의 경고(DAW) • 원격 스마트 주차 • 자동긴급제동장치 • 자율주행 시스템 • 적외선 카메라 • 전기식 스티어링 컬럼 잠금(ESCL) • 전방 주시 경고 • 전방충돌방지보조 • 전방카메라 • 전후방카메라 • 증강현실 내비게이션 • 차로 이탈방지 보조 • 차선변경지원 시스템 • 차선이탈 경보 시스템(LDWS) • 차체 자세 제어장치(ESC, ESP, VDC) • 첨단 운전자 보조 시스템 • 카메라 • 카플레이 • 콕핏 플랫폼 • 크루즈 컨트롤 • 크리핑 • 트래픽 사인 어시스트 • 트랙션 컨트롤 시스템 • 페이스커넥트 • 헤드업 디스플레이(HUD) • 후방 교차 충돌방지 시스템 • 후방 긴급자동제동 • 후방모니터 • 후방주차 충돌방지 보조(PCA) • 후방카메라 • 후측방 모니터 • 후측방 모니터링 시스템 • 후측방 충돌방지 보조(BCA) • 후측방 충돌방지 시스템 조명 3차원 디지털 픽셀 • DRL • DTRL • LED • LED 라이트 • LED 램프 • LED 헤드라이트 • 경고등 • 경광등 • 경보등 • 등 • 등불 • 등화관제등 • 등화장치 • 라이트 • 라이트 캔버스 • 램프 • 레이저 • 레이저 라이트 • 룸램프 • 리어램프 • 멀티빔 • 무드등 • 미등 • 방향지시등(깜빡이) • 배니티램프 • 백열등 • 번호등 • 보조제동등 • 비상등 • 빔 • 사이드리피터 • 상단표시등 • 상향등 • 소등 • 손전등 • 실내등 • 실외등 • 안개등 • 앰비언트 라이트 • 오토 헤드램프 레벨링 시스템 • 전구 • 전구색 • 전등 • 전등갓 • 전조등(헤드램프, 헤드라이트) • 점등 • 제동등(브레이크등, 정지등) • 조명 • 조명기구 • 조명기기 • 조명등 • 조명장비 • 조명장치 • 주간주행등 • 주광색 • 주백색 • 지능형 헤드램프 • 지도등 • 지시등 • 차폭등(마커램프) • 코너링 램프 • 콤비네이션 램프 • 파킹램프(주차등) • 팝업 헤드램프 • 표시등 • 픽셀 라이트 • 하이빔 어시스트 • 하향등 • 할로겐 램프 • 헤드램프 와이퍼 • 후미등(테일램프) • 후미안개등 • 후진등 인포테인먼트 3D 사운드 시스템 • 5.1 채널 • A/V • AVN • CD • CID • DMB • DVD • FaaS • LCD • LED • MBUX • OLED • RSE • USB • 고가 스피커 • 노이즈 캔슬링 • 돌비 • 돌비 비전 • 돌비 애트모스 • 뒷좌석 듀얼 모니터 • 디스플레이 • 디지털 디스플레이 • 라디오 • 렉시콘 사운드 • 리모컨 • 메르세데스 미 커넥트 프리미엄 패키지 • 메리디안 사운드 • 메리디안 엘리베이션 • 미드레인지 • 미드우퍼 • 바워스 앤 윌킨스 사운드 • 뱅앤올룹슨 사운드 • 보스 사운드 • 보이스 어시스턴트 • 부메스터 사운드 • 블루투스 • 빌트인캠 • 사운드 • 사운드 시스템 • 서라운드 사운드 • 서라운드 스피커 • 서브우퍼 • 센터 디스플레이 • 소너스 파베르 사운드 • 스크린 • 스피커 • 스피커 그릴 • 액티브사운드(전자배기음) • 앰프 • 오디오 • 온디맨드 • 온디맨드 인포테인먼트 • 우퍼 • 음성명령 • 음성인식 • 음성제어 • 음향기기 • 음향장비 • 인포테인먼트 • 인포테인먼트 시스템 • 인포테인먼트 시스템 컨트롤러 • 저가 스피커 • 중가 스피커 • 차량용 인포테인먼트 시스템 • 카PC • 카오디오 • 카폰 • 터치스크린 • 트위터 • 티박스 • 파워앰프 • 프로젝터 • 하만카돈 사운드 • 하이파이 • 하이퍼스크린 • 핸즈프리 • 햅틱 • 헤드유닛 • 화면 공조장치 PTC 히터 • 가습 • 가습기 • 공기청정기 • 난방 • 난방기(히터) • 냉각수 온도계 • 냉매 • 냉방기 • 도그모드(강아지모드, 애견모드) • 디포거(김 서림 방지 장치) • 선풍기 • 에어컨 • 에어컨필터 • 열교환기 • 예열 • 예열제상 • 온도계 • 응축기 • 이온발생기 • 제상 • 제습 • 제습기 • 증발기 • 컴프레서 • 투명히터 • 풀오토 에어컨 버튼과 스위치 근접스위치 • 레벨스위치 • 리드 스위치 • 리미트 스위치 • 마이크로 스위치 • 버저(부저) • 버튼 • 벨 • 볼륨 스위치 • 셀렉터 스위치 • 스위치 • 스피드 스위치 • 시동버튼(스타트 스위치) • 신호 • 신호음 • 썬루프 스위치 • 압력스위치 • 열선스위치 • 온도스위치 • 워크인 스위치 • 유량스위치 • 잠금장치 • 전기스위치 • 전조등 스위치 • 조이스틱 스위치 • 차일드락 • 창문 스위치 • 창문잠금장치 • 토글 스위치 • 트렁크 열림 버튼 • 파워윈도우 스위치 • 푸시버튼 스위치 • 하차벨 • 햅틱버튼 센서 MEMS센서 • 가상센서 • 가속도센서 • 가스센서 • 감압식 센서 • 공기질센서 • 광센서 • 근접센서 • 냉각수 온도센서 • 노크센서 • 녹스센서 • 라이다 • 레이다 • 레인센서(우적센서) • 바이오센서 • 배기가스온도센서 • 버클센서 • 산소센서 • 센서 • 소리센서 • 속도센서 • 스로틀 포지션 센서 • 습도센서 • 압력센서 • 액추에이터 • 에어백센서 • 에어플로우 센서 • 온도센서 • 유량센서 • 이미지센서 • 자율주행센서 • 자이로스코프(자이로센서) • 점유센서(점유감지센서) • 정전식 센서 • 조도센서(일사센서) • 조향각센서 • 주차보조센서 • 중력센서 • 지문센서 • 지자기센서 • 차량용 센서 • 초음파센서 • 충격센서 • 충돌방지센서 • 카메라센서 • 크랭크각 센서 • 타이어 공기압 경보장치(TPMS) • 타이어 공기압 센서 • 타이어 압력 경고등 • 토크센서 • 하이트센서(차고센서) • 후방감지센서 • 흡기 온도센서 위키 : 자동차, 교통, 지역, 지도, 산업, 기업, 단체, 업무, 생활, 쇼핑, 블록체인, 암호화폐, 인공지능, 개발, 인물, 행사, 일반